REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAMINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA DEFENSA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA DE LA FUERZA ARMADA BOLIVARIANA NÚCLEO ARAGUA - SEDE MARACAY DOCENTE: BACHILLER (ES): Ing. José Gimón 23 965 673 Rodriguez Alfredo 24 235 023 Escalona C. María Teresa Lab. De Sistema de Protecciones Ing. Eléctrica Sección: EID-801 09 de Febrero de 2017 OBJETIVOS 1. Conocer las diferentes partes que constituyen al relé de sobrecorriente de tiempo inverso. 2. Conocer los valores de accionamiento (PICKUP) y reposición (DROPOUT). PRE LABORATORIO (Marco Teórico) Relé de Sobrecorriente Los relés de sobrecorriente son dispositivos de protección, como su nombre lo indica, tiene como finalidad operar cuando la corriente en la parte del sistema donde se ubica alcanza valores superiores a un valor predeterminado o mínimo de operación, es decir que se basa en el aumento de corriente por encima de los valores normales de operación; cuyo valor se utiliza para discriminar la ocurrencia de fallas, y se emplee el relé de sobresorriente. Cualquiera sea el tipo de relé existen términos comunes y que son básicos para la comprensión del empleo y calibración de estos dispositivos. Definición de Términos: Tap: Es el dispositivo que permite seleccionar la corriente de operación del relé dentro de un rango de tomas o derivaciones dispuestas para este efecto. Normalmente el valor del tap se designa en Amperes y representa el valor de corriente que haría operar al relé en un tiempo indeterminado (muy largo). Corriente mínima de operación (pick up): es aquella corriente mínima que produce el cambio de los contactos del relé de abierto a cerrado. La corriente de pickup es del orden de 1,3 veces el valor del tap. Corriente de partida: es el valor de corriente justa y necesaria que vence la inercia de las partes móviles del relé. Escala de tiempo (lever o dial de tiempo): en lo relés de inducción indica la posición de reposo del disco, por lo tanto, determina el recorrido del mismo hasta el cierre de los contactos, en general, tanto en los relés de inducción como estáticos, el lever permite variar el tiempo de operación para valores de corriente mínima de operación. Sobrecarrera (overshoot): es el tiempo que puede seguir girando el disco, en los relés de inducción, debido a su inercia, luego que la falla ha sido desenergizada por otro sistema de protección, antes de cerrar sus contactos. La operación de un relé de sobrecorriente depende de dos variables básicas: Nivel de corriente mínima de operación (corriente de pickup): es aque valor que produce el cambio de estado del relé. Característica de tiempo de operación, es decir la forma en que el rele responde en cuanto al tiempo. Y según esta características se derivan los siguientes tipos de relé de sobrecorriente: Cuadro 1: Tipos de Relés según su característica de tiempo de operación Estas características quedan definidas en forma aproximada por las siguientes expresiones: 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡á𝑛𝑒𝑜𝑠 (50) → 𝑡 = 0 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝐷𝑒𝑓𝑖𝑛𝑖𝑑𝑜 → 𝑡 = 𝐾 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜 (51) → 𝑡 = 𝐾⁄𝐼 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑀𝑢𝑦 𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜 → 𝑡 = 𝐾⁄𝐼 2 𝑇𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝐸𝑥𝑡𝑟𝑒𝑚𝑎𝑑𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑒 𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑜 → 𝑡 = 𝐾⁄𝐼 3 Siendo I > Ioperación Por otra parte estas características de tiempo de operación se representan gráficamente de la siguiente curvas de Corriente vs Tiempo: Cuadro 2: Curvas de tiempo corriente de relés: a)Instantáneo. b) Tiempo Definido. c) Tiempo Inverso. Relé de Sobrecorriente de Tiempo Inverso (51) Son aquellos relés de sobrecorriente donde el tiempo para operación es inversamente proporcional a la magnitud de la corriente observada, es decir; que al hacerse mayor la corriente menor será el tiempo de acyuación del relé. Características del relé 51: La principal características de este tipo de relés es que mientras mayor sea la corriente aplicada, menor es su tiempo de operación Tolera la falla durante determinado tiempo. El tiempo depende del tipo de curva La curva puede ser modificada mediante ciertos parámetos. Parámetros: Iop: Corriente de enganche, si la corriente vista por el relé es mayor sa este valor, comenzará el conteo para emitir la señal de disparo. Td: Dial de tiempo, factor de aceleración o frenado de la curva. Curva: Tipo de curva utilizada, cambiando el tipo de curva se puede ajustar la velocidad del disparo. Iop y Td también ajustan la velocidad disparo pero de manera más fina. Criterios de Calibración: Para calibrar la protección de sobrecorriente se necesita cierta información: 1. Nivel máximo de carga (debe ser dado según un estudio de carga). Ejemplo: si el máximo nivel de carga es 6.25 MVA a 13.8 KV, la corriente de carga sera 262 Amp. El nivel de enganche debe ser calibrado según una planificación, es decir si se estima que la carga no pasara de los 6.25 MVA (que es el caso de muchas fabricas) se podría ajustar el enganche a 1.1 o 1.15 veces la corriente de carga. 2. Estudio de cortocircuito (nos dará el nivel mínimo y máximo de falla) 3. Curva de daño del equipo a proteger (nos da una referencia para saber que tan "sensible" es nuestra protección). En caso de no tener la curva de daño del equipo, se puede usar la curva de daño del cable. 4. Para dar un mayor respaldo a la proteccion de fase, se usa la curva de neutro. Ejemplo: Un transformador nunca es cargado a su capacidad nominal, normalmente se los carga a un 70 u 80%. Por lo tanto el ajuste de la curva 50/51 se puede hacer a la capacidad nominal del trafo en el lado de alta. Para un trafo de 5/6.25 MVA 69/13.8 KV . La Ip se ajusta a 6.25 MVA a 69 KV son 42 Amp, Ip=42 Amp. El dial de tiempo y el tipo de curva se ajusta según la curva de daño y la curva de protección aguas arriba. Ventajas: Operación precisa, repetible y confiable. No requiere fuente de energía adicional ya que los relés son autoalimentados a partir de sistemas de 50/60 Hz. Disponible en modelos secundarios de CT de 5 y 1 amperes. Los tiempos se pueden adaptar a la aplicación con múltiples curvas seleccionables en el campo. La activación flexible se adapta continuamente en un amplio rango. La protección instantánea se puede configurar en forma más baja para proporcionar una protección más completa con un diseño que minimiza la extralimitación transitoria. Reduzca los riesgos de arco eléctrico mediante la aplicación de un elemento secundario independiente e instantáneo disponible. Modelos disponibles para replicar el restablecimiento de los discos de relés electromecánicos cuando la corriente cae a cero. Reemplace los relés electromagnéticos actuales con modelos de readaptación con cableado específico. Reduzca los costos de CT con bajo régimen de detección y suministro. Reduzca los trabajos de mantenimiento eliminando la recalibración con la función de calibración automática. Las pruebas resultan sencillas con la construcción extraíble de todos los modelos y la capacidad de pruebas en caja para la mayoría de modelos. Limitaciones y desventajas: La protección de sobrecorriente usa la corriente como único indicador de la ubicación de la falla. Sin embargo, la corriente de falla depende del voltaje de pre–falla y la impedancia de Thevenin en el punto de falla. Esto provoca que el relé de sobrecorriente tenga un alcance dinámico, dependiente de la magnitud de la corriente de falla, presentando menor sensibilidad durante mínima demanda y en fallas bifásicas. La corriente máxima de carga puede ser similar en magnitud a la corriente mínima de falla; esto dificulta la correcta discriminación entre el estado normal de operación y la condición de falla. En la protección de sobrecorriente los elevados tiempos de respaldo para corrientes mínimas de falla es otro problema pues esta limitación es originada por la corriente de carga (altos valores de arranque) y la divergencia natural de las características de operación de los relevadores. También, cuando las protecciones primaria y de respaldo tienen tipos de curvas diferentes, es difícil conseguir una coordinación adecuada. Utilidad: La proteccion de sobrecorriente es utilizada como proteccion de respaldo contra fallas dentro del transformador y fallas no despejadas en el sistema de potencia. Corrientes altas, originadas por fallas externas, pueden sobrecargar los devanados si no son despejadas a tiempo, ocasionando sobrecalentamiento y dano al transformador. Ajustes del Relé de Sobrecorriente de tiempo inverso (51): La corriente de arranque (Itap) del rele 51, debe ser ajustada para permitir que el transformador trabaje no solo en condiciones nominales, sino tambien sobrecargado, sin sobrepasar los limites indicados por el fabricante, ademas debera tomar en cuenta la corriente INRUSH para evitar la operacion en la energizacion. Comunmente la corriente dearranque se ajusta de 125 a 150% de la corriente nominal. En reles aplicados a transformadores con varios niveles de enfriamiento, la corriente de arranque debera ser calculada en base a la maxima potencia disponible entre los distintos sistemas de enfriamiento forzado. El tiempo de operacion debe ser coordinado con los tiempos de los equipos de protección aguas abajo al transformador (reles de las lineas a continuacion de la estacion de generacion). El dial del rele de tiempo inverso se selecciona para impedir que el transformador trabaje por encima de su curva de dano, la cual contempla limites termicos y mecanicos. Si la curva de dano no es proporcionada por el fabricante, se pueden utilizar el estandar IEEE Std C.37.91-2000 “Guide for Protective Relay Applications to Power Transformers”. Relé Tipo Disco de Inducción: El disco del relé está montado sobre un eje que es retenido por un resorte espiral cuya tensión puede regularse, permitiendo el ajuste de corriente mínima de operación. El contacto móvil está sujeto al disco de modo que gira junto con éste y cierra su circuito a través del espiral. El contacto fijo está montado sobre la armazón metálica del relé; el torque de operación es producido por la unidad electromagnética y en frente de ésta se encuentra ubicado un imán permanente que actúa como freno para el disco, una vez que éste se encuentra en movimiento, sustituyendo en cierta forma al resorte espiral, que en estas condiciones prácticamente no tiene ningún efecto. La posición de reposo del disco está definida por un tope movible que permite variar la separación inicial entre los contactos fijo y móvil, los cuales determinan un ángulo β entre sí. El ajuste de la separación de los contactos, es decir del ángulo β (Figura 3), se acostumbra denominarlo “LEVER”. Figura 3: Esquema del elemento comparador de un relé tipo espira en cortocircuito El ajuste de relés de sobreintensidad de disco de inducción. El par ejercido en el disco del relé depende del flujo magnético que incide en él, y este es directamente proporcional a (NI) amperios-vuelta, esto es, si se aumenta el número de vueltas N, la intensidad necesaria para hacer operar el relé disminuye y viceversa. Para que se produzca el mismo par se necesitan los mismos amperios-vuelta (NI); esa condición es la que permite variar la intensidad mínima de operación, Ipickup intensidad de arranque, es decir al variar el tap, se varía el número de espiras, y por lo tanto la intensidad mínima de operación Ipickup, en la figura 4 se muestra el efecto de cambio del tap donde las características de operación se desplazan con el cambio de la intensidad Ipickup. Figura 4: Ajuste de relé de sobreintensidad: a) Cambio de tap en la bobina. b) Desplazamiento de la característica de tiempo inverso El tiempo de operación, a su vez depende de la posición de arranque del disco, si el disco arranca de una posición más alejada, se demora más en llegar a la posición de cierre de contactos para la misma intensidad. Esta circunstancia se aprovecha para cambiar el tiempo de operación del relé a través del ajuste de la palanca (dial) en la figura (5) se muestra el efecto de cambio de tiempo de operación con la misma intensidad de arranque Ipickup. La fijación del relé significa fijar su tap y su dial. Figura 5: Características de Operación con cambio dial Partes de un relé de sobrecorriente IAC51B de la General Electric: Diagrama de Conexión Relé de Sobrecorrientes 50/51 Cableado alternativo CT para detección de tierra residual Diagrama de Cableado Característico Unidades del Relé de Sobrecorriente de Tiempo Inverso. 1. Unidad de Inducción: La unidad de inducción es la unidad básica en dicho relé. El disco es accionado por la corriente que circula por la bobina de sombra, que esta sobre un electroimán en V. El eje del disco transporta los contactos móviles, los cuales completan el circuito de dispar al tocar el contacto fijo. 2. Unidad Instantánea: Es una pequeña unidad del tipo de atracción de armadura, que esta montada en la parte superior derecha del relé. Cuando la corriente alcanza un valor predeterminado, la unidad opera, cerrando sus contactos y levantando una tarjeta de señalización, que solo puede reponerse manualmente. 3. Unidad de Sello: La unidad de sello esta montada sobre el lado izquierdo superior del disco. Esta unidad tiene una bobina en serie y su contacto en paralelo con el contacto principal, de manera que cuando los contactos principales se cierran, la unidad de sello acciona su contacto. Al ocurrir esto, se levanta una tarjeta, que queda a la vista y permanece en ese estado hasta que se reponga manualmente, presionando un botón de RESET, que esta en la parte inferior izquierda de la cubierta. LABORATORIO Experiencia No. 1: Accionamiento y Reposición de la Unidad de Inducción. Equipos a utilizar:: Relé de sobrecorriente de tiempo inverso. Resistencia variable (50 OHM - 2.2 Amp). Banco de Resistencia. Amperímetro AC. Procedimiento: 1.- Monte el circuito de la figura 1.1. 2.- Ajuste el tap en la posición No. 2 y el dial en la posición No. 1. 3.- Ajuste el reostato en su máximo valor. 4.- Accione el interruptor ON/OFF. 5.- Accione el interruptor O/I. 6.- Mueva el cursor del reostato, de manera tal que el valor de la resistencia disminuya. Deténgase justo en el instante cuando el disco comience a girar. 7.- Anote el valor deflectado por el amperímetro. 8.- Mueva el cursor del reostato, de manera tal que el valor de la resistencia aumente. Detallase justo en el instante cuando el disco comience su carrera de regreso. 9.- Anote el valor anflectado por el amperímetro. 10.- Apaque el interructor 0/I. 11.- Apaque el interructor ON/OFF. 12.- Desmonte el circuito. Experiencia Nº 2: Accionamiento y reposición de la unidad de sello. Equipos a utilizar: Relé de sobre corriente de tiempo inverso. Amperímetro y Voltímetro (DC). PROCEDIMIENTO: 1.- Monte el circuito de la Figura 1.2. 2.- Coloque el variac en la posición cero. 3.- Encienda el banco de prueba. 4.- Mueva el variac y deténgase justo cuando el relé de sello cierra sus contactos. Anote el valor deflectado por el amperímetro. 5.-Ahora mueva el variac en sentido contrario y deténgase justo cuando el relé de abra sus contactos. Anote los resultados. 6.- Desmonte el circuito. POST LABORATORIO 1.- Explique porque los valores de accionamiento y reposición son diferentes. 2.- Compruebe si el valor de accionamiento y reposición para la unidad de sello, son el 75% y el 25% del tap seleccionado, respectivamente. 3.- Compruebe si el valor de accionamiento para la unidad de inducción es +/- 5% del tap seleccionado. 4.- En caso de que sea más del 5%, como se haría en la practica para ajustarlo a ese margen.